Fotoelektriliste andurite mõistmine
A fotoelektriline andur on optiline andur, mis ühendab valgusallika – LEDi, laseri või infrapunaemitteri – fotodetektoriga, et tuvastada objekti või märgi olemasolu, puudumist või asukohta valguse läbilaskmise, peegeldumise või katkemise abil. Pöörlevate masinate puhul toimivad need andurid enamasti tahhomeetrid: need tuvastavad ühe pöörde jooksul ühe võlli märgi kiiruse mõõtmiseks ning edastavad ühe pöörde kohta ühe ajastuspulsi, mis annab faas reference for tasakaalustamine, ja pakkuda võtmefaasor funktsionaalsus kriitilise tähtsusega seadmete kaitsesüsteemidele.
Nende eeliseks on kontaktivaba töö, väga kiire reageerimiskiirus, vastupidavus magnetväljadele ning võime tuvastada mitteraudmetalle. See kombinatsioon teeb neist mitmekülgsed kiiruse ja asukoha mõõtmise vahendid peaaegu igat liiki pöörlevate seadmete puhul – ning on aluseks optilised tahhomeetrid ja lasertahhomeetrid kasutatakse kaasaskantavates tasakaalustamiskomplektides.
1. Töörežiimid
Fotoelektrilised andurid on saadaval kolmes erinevas paigutusvariandis, mis erinevad selle poolest, kus asuvad saatja ja vastuvõtja ning kuidas objekt mõjutab valguskiire kulgu.
Läbivalgus (vastandrežiim)
Valgusallikas ja vastuvõtja asuvad üksteisele vastamisi eraldi korpuses ning tuvastamine toimub siis, kui objekt katkestab vahekaugust läbiva kiire. Töötamisulatus on suur – ulatub mitme meetrini – ning töökindlus on kõigi režiimide seas suurim, kuna see on kõige vastupidavam mustusele ja suunamuutustele. Tüüpilised rakendused on labade loendamine ja objektide tuvastamine konveieril.
Põrkuvvalgusrežiim
Saatja ja vastuvõtja asuvad ühes korpuses, mille vastas on paigaldatud reflektor; sihtmärk tuvastatakse siis, kui see katkestab peegeldunud valguse tee. Tuvastusulatus on mõõdukas (mitu meetrit) ja ühepoolne paigaldus on mugav, sobides osade loendamiseks ja suuremate objektide tuvastamiseks.
Hajuspeegeldusrežiim – tavaline valik tahhomeetria puhul
Ka siin asuvad saatja ja vastuvõtja ühes korpuses, kuid antud juhul mõõdab andur otse sihtmärgi pinnalt peegeldunud valgust. Tööulatus on lühike – tavaliselt 5–500 mm – ja seadistamine toimub lihtsa suunamis-ja-mõõtmise toiminguga. Seda režiimi kasutatakse helkurlint kiiruse ja faasi mõõtmiseks ning laser-tahhomeetrite tööpõhimõte.
2. Rakendused vibratsiooni seires
Within vibratsioonianalüüs sama andur täidab mitut erinevat ülesannet:
- Kiiruse mõõtmine: mõõtes ühe pöörde jooksul peegeldavat linti või võlli märki ja loendades impulsse, arvutab seade Pöörlemiskiirus, jälgib kiirust pidevalt ja kontrollib seda mõõtmiste käigus.
- Faasiviide: Ühe pöörde kohta üks impulss määrab kindlaks 0° algpunkti, mis on tasakaalustamisarvutuste jaoks otsustava tähtsusega, võimaldades faasilukustatud mõõtmisi ja sünkroniseerimist tellimuse jälgimine.
- Keyphasori funktsioon: püsivalt paigaldatud fotoelektriline andur võib toimida faasitundjana, tuvastades iga pöörde jooksul võlli märgi, pilu või muu tunnusjoone, et anda faasiviide proximity-probe süsteemid — hädavajalikud turbiinmasinate seireks API 670.
- Sündmuse käivitamine: impulss võib käivitada andmete kogumise kindlas võlli asendis, käivitada stroboskoop stop-motion-vaatamiseks või mõõtmiste sünkroniseerimiseks pöörlemisega.
3. Olulised tehnilised andmed
Anduri toimimist konkreetses paigalduses mõjutavad kolm parameetrit.
- Response time: alates mikrosekunditest kuni millisekunditeni peab see olema piisavalt kiire, et vastata mõõdetud suurimale kiirusele. 10 000 pööret minutis pöörlev võll läbib oma märgi umbes 167 Hz sagedusega, seega nõuab selge impulss alla millisekundilist reageerimisaega.
- Tuvastamiskaugus: Igal mudelil on minimaalne ja maksimaalne töökäik, mis sõltub sihtmärgi peegeldusvõimest; hajusrežiimis töötavad andurid tavaliselt vahemikus 50–300 mm.
- Light source: visible red (630–670 nm) on lihtne suunata; infrared (850–950 nm) toimib paremini eredas ümbritsevas valguses; a laser tagab kitsa valgusvihu, suurema ulatuse ja täpsema käivitamise.
4. Paigaldamine ja seadistamine
Usaldusväärne käivitamine sõltub peamiselt hoolikast paigaldamisest. Andur tuleks suunata risti peegeldava pinnaga et saada võimalikult tugev signaal, tuleb seade paigaldada spetsifikatsioonis ettenähtud kaugusele, kinnitada kindlalt, et vibratsioon ei muudaks selle suunda, ning kaitsta mehaaniliste kahjustuste eest. Sihtmärk ise on sama oluline: kleebi peegeldav lint sobivasse kohta puhastatud võlli pinnale ja veendu, et seal on täpselt üks märk ühe pöörde kohta (teine peegeldav element põhjustab topeltloendamist) ning veenduge, et märk on kindlalt kinnitatud ega lenda suurel kiirusel ära. Lõpuks joondage seade, suunates selle märgi poole, jälgige anduri LED-indikaatorit, et veenduda stabiilse signaali olemasolus, lukustage asend ja testige seadet täispöörde ulatuses, et veenduda usaldusväärses tuvastamises, enne kui näidule tuginete.
5. Eelised
Kontaktivaba optiline põhimõte pakub mitmeid eeliseid:
- Mehaanilist kontakti ei ole: võllile ei avalda hõõrdumist ega koormust, ei tekita kulumist, töötab ohutult, pöörlevatest osadest eemal ning sobib kasutamiseks mis tahes kiirusel.
- Materiaalne sõltumatus: See sobib nii must- kui ka värviliste metallide, plastide, komposiitmaterjalide ja puidu puhul – vaja on vaid optilist kontrasti.
- Kiire ja selge vastus: sobib kiirete rakenduste jaoks, tekitades selgeid digitaalimpulsse täpse ajastusega.
6. Piirangud
Sama optiline põhimõte seab mõned piirangud, mida tasub planeerimisel arvesse võtta:
- Keskkonnatundlikkus: Eraldi valgustus võib tekitada häireid, samas kui optikale kogunenud tolm ja õliudu halvendavad töökindlust, mistõttu tuleb objektiivi regulaarselt puhastada ning rasketes tingimustes võib vaja minna ka kaitsvat korpust.
- Õige paigutus on ülioluline: andur peab olema suunatud sihtmärgile ning vibratsioon või asendi muutumine võib selle sihtmärgilt kõrvale lükata – see on veel üks põhjus, miks on vaja stabiilset kinnitust.
- Sihtmärgi sõltuvus: peab olema olemas peegeldav märk või ese, peegeldusvõime muutused mõjutavad näitu ning kleeplint võib aja jooksul lahti tulla.
Kui püsiva optilise lugemiseadme kasutamine ei ole otstarbekas, pöörduvad insenerid sageli mitteoptiliste alternatiivide poole, nagu näiteks lähedusandur (pöörisvooluandur) võtmeava lugemine, mis ei vaja kleeplinti ning mida ei mõjuta mustus ega valgus.
7. Fotoelektrilised andurid praktilises välitingimustes tasakaalustamisel
Kandevahendil on hajuspeegeldusega lasertahhomeeter standardne faasivõtja just seetõttu, et selle paigaldamiseks pole vaja muud ettevalmistust kui kleeplindi riba. Balanset-1A on varustatud just sellise optilise lasertahhomeetriga: see reageerib väikesele tükile peegeldavat linti, töötab laias vahekauguse vahemikus ja edastab ühe impulsi ühe pöörde kohta, mida tarkvara vajab iga korrektsioonikaal ja kontrollida, kas jääktasakaalustamatus pärast korrigeerimist. Lühidalt öeldes muudavad fotoelektrilise anduri kiire reageerimiskiirus, materjalist sõltumatus ja kontaktivaba töö selle ideaalseks pöörlemiskiiruse mõõtjaks, mis täiendab kiirendusmõõturid täieliku seisundi jälgimise ja tasakaalustamise süsteemis.
